Investigation of the mechanical properties of a connector - silver - enamel - float glass composite

Walch, Emmanuel; Roos, Christian Hans-Georg (Thesis advisor); Rädlein, Edda (Thesis advisor)

Aachen (2020)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2020

Kurzfassung

Beheizte Heckscheiben bestehen aus Kalknatronsilikatglas, dicken Schichten aus Emaille und Silber, sowie mehreren bleifrei gelöteten Anschlüssen. Die Herausforderung bei dieser Verbundstruktur sind die signifikanten sukzessiven Verschlechterungen der anfänglichen Glasfestigkeit durch nachträgliches Auftragen von Schichten und Anschlüssen. REM-Frakturanalysen, die auf der Verbundstruktur durchgeführt wurden, haben ergeben, dass die Fraktur ihren Ursprung in der Schmelzschicht und insbesondere in dem Bereich nahe der Grenzfläche mit dem gesinterten Silber hat. Die Kalknatronsilikatgläser und die Emailglasfritte weisen vergleichbare Werte auf, während die Bruchzähigkeit von gesintertem Silber um eine Größenordnung höher liegt. Die kritischsten Defekte der Struktur befinden sich in der Emaille aufgrund ihrer relativen Größe und der brüchigen Beschaffenheit dieser Schicht. Darüber hinaus ist die Druckeigenspannung im Emaillefilm geringer als an der Oberfläche des Glassubstrats. Schließlich überträgt das Löten der Anschlüsse Zugspannungen auf die spröden Teile der Verbundstruktur. Die Zugspannung konzentriert sich in den in der Emaille enthalten Porositäten und begünstigt die Ausbreitung von Rissen, was wiederum die mechanische Festigkeit der Verbundstruktur drastisch verringert. Bei hohen Zugbelastungen können sich von im Schmelz vorhandenen, kritischen Defekten ausgehend ein oder mehrere Risse vergrößern und sich auf das Glassubstrat ausbreiten, wodurch Sprünge im Glas entstehen. Die Bildung und das Wachstum großer Sprünge kann zu einem spontanen Bruch der Heckscheibe führen. Der Lötprozess hat unter den Prozessparametern den größten Einfluss auf die mechanische Festigkeit der Verbundstruktur. Die Robustheit der Heckscheibe kann durch die Verringerung von Anzahl und Größe der Porositäten in der Emailschicht und durch die Optimierung der Eigenspannung in der Verbundstruktur erhöht werden.

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